Исследование показало, что углеводороды — лучший природный хладагент для низких температур

Новое исследование показало, что углеводороды являются оптимальным хладагентом для работы низкотемпературных холодильных систем (от −40 до −80 °C), включая те, которые используются для хранения вакцин, рыбы и предварительного охлаждения сжиженного природного газа (СПГ).

В исследовании рассматривались различные конфигурации холодильных систем, включая автокаскадное охлаждение (ACR), каскадные холодильные системы (CRS), многоступенчатые холодильные системы (MRS) и воздушные холодильные циклы (ARC). Эти системы оценивались с использованием этана (R170), этилена (R1150), пропилена (R1270), пропана (R290), аммиака (R717), закиси азота (R744A) и CO2 (R744). Кроме того, были проанализированы смеси, такие как R744/R290 и R744/R1150, для определения их эффективности и применимости в различных областях применения с низкими температурами.

Для хранения вакцин, особенно в тех случаях, когда требуется температура -70°C или ниже, как, например, для хранения вакцины Pfizer COVID-19, исследование показало, что наиболее энергоэффективные морозильные камеры используют углеводороды, такие как R170 и R290. В этом исследовании были проанализированы системы ACR, CRS и ARC.

Системы ACR, использующие смеси R1150/R600 и R1150/R290, достигают COP от 0,4 до 0,5 при −80 °C для небольших холодильников с холодопроизводительностью менее 1 кВт. При схожей температуре конденсации 15 °C были оценены две другие смеси, R744/R290 и R170/R290, и они достигли COP 0,303 и 0,326 соответственно.

ARC обеспечивает COP около 0,4 при температуре на складе -70°C, что делает его подходящим для больших мощностей. Для сравнения, конфигурации CRS с использованием смесей R744/R1150 или R744/R170 для низкотемпературного контура и R290 для высокотемпературного контура достигали COP от 1,2 до 1,3, балансируя между “температурным глайдом” и безопасностью за счет минимизации риска воспламенения.

«CRS и ARC являются жизнеспособными вариантами для больших мощностей охлаждения, при этом углеводороды в качестве хладагентов обеспечивают наилучшую производительность»,

— отмечается в исследовании.

Исследование «Системы сверхнизкотемпературного охлаждения: обзор и сравнение производительности хладагентов и конфигураций» было проведено учеными из Норвежского университета науки и технологий. В состав исследовательской группы входил Йоср Аллуш, генеральный директор Международного института холода (IIR).

Хранение тунца, предварительное охлаждение СПГ

В исследовании также анализировалась наиболее эффективная система охлаждения и хладагент для хранения тунца. При этом учитывалось, как именно будет осуществляться хранение — на суше или на море. В ходе исследования было отмечено, что для хранения тунца на суше по-прежнему широко применяется хладагент R22.

«Для хранения тунца [в море] при температуре -60°C (-76°F), CRS с парой хладагентов R1270 в HTC (высокотемпературный контур) и R170 в LTC (низкотемпературный контур) или R290 в HTC и R170 в LTC дает наилучший COP около 1,4»,

— говорится в исследовании.

CRS с использованием R744 в HTC и R744A в LTC имел COP около 0,9, что ниже, чем у углеводородных пар. Кроме того, исследование предлагает дальнейшие разработки по использованию этих двух хладагентов в сочетании из-за их значительной охлаждающей способности на единицу объема и климатически нейтральных свойств.

Процесс производства СПГ включает в себя охлаждение природного газа до температуры от -30°C до -50°C и ниже, в зависимости от используемого метода предварительного охлаждения. Предварительное охлаждение СПГ осуществляется с помощью системы CRS с различными смесями, такими как R744/R290, R170/R290, R170/R600, R1150/R600, R1150/R290.

Наибольший температурный глайд достигается при использовании смеси R1150/R600, а наименьшее — при использовании смеси R170/R290. R717 и R290 были оценены для HTC, и оказалось, что R290 имеет больший потенциал из-за лучшего соотношения давления и температуры после сжатия. Наибольший COP 1,059 был рассчитан при использовании смеси R170/R600 в LTC и R290 в HTC.

Полный текст исследования опубликован в библиотеке Академии КриоФрост: Ultra-Low-Temperature Refrigeration Systems: A Review and Performance Comparison of Refrigerants and Configurations.